Proton (en ruso: Протон) (designación formal: UR-500 ) es un sistema de lanzamiento desechable utilizado tanto para lanzamientos espaciales comerciales como del gobierno ruso. El primer cohete Proton se lanzó en 1965. Las versiones modernas del sistema de lanzamiento todavía están en uso en 2023 [actualizar], lo que lo convierte en uno de los propulsores pesados más exitosos en la historia de los vuelos espaciales. Los componentes de todos los Proton se fabrican en la fábrica del Centro Espacial de Investigación y Producción Estatal Khrunichev en Moscú y en la Oficina de Diseño de Automática Química [3] en Voronezh , luego se transportan al Cosmódromo de Baikonur , donde se ensamblan en el Sitio 91 para formar el vehículo de lanzamiento. [4] Después de la integración de la carga útil, el cohete se lleva a la plataforma de lanzamiento horizontalmente por riel y se eleva a la posición vertical para el lanzamiento. [5] [6]
Al igual que con muchos cohetes soviéticos, los nombres de las cargas útiles recurrentes se asociaron con el propio vehículo de lanzamiento. El apodo "Protón" tiene su origen en una serie de satélites científicos con nombres similares , que se encontraban entre las primeras cargas útiles del cohete. Durante la Guerra Fría, las agencias de inteligencia occidentales lo designaron D-1 / D-1e o SL-12 / SL-13 .
La capacidad de lanzamiento a la órbita baja terrestre es de aproximadamente 22,8 toneladas (50.000 lb). [7] La capacidad de transferencia geoestacionaria es de aproximadamente 6,3 toneladas (14.000 lb). [8] Los lanzamientos comerciales son comercializados por International Launch Services (ILS). [9]
En 2013, se tenía previsto retirar el cohete antes de 2030. [10] A partir de junio de 2018 [actualizar], la producción del cohete Proton cesará a medida que el nuevo vehículo de lanzamiento Angara entre en funcionamiento. No es probable que se firmen nuevos contratos de servicios de lanzamiento para Proton. [11]
El Proton [12] comenzó su vida como un " ICBM superpesado ". Fue diseñado para lanzar un arma termonuclear de 100 megatones (o más) a una distancia de 13.000 km. Era enormemente grande para un ICBM y nunca se utilizó con esa capacidad. Finalmente se utilizó como vehículo de lanzamiento espacial . Fue una idea de la oficina de diseño de Vladimir Chelomei como complemento al cohete N1 de Sergei Korolev , cuyo propósito era enviar una nave espacial Zond de dos tripulantes alrededor de la Luna; Korolev se opuso abiertamente a Proton y otros diseños de Chelomei por su uso de propulsores tóxicos.
La apariencia inusual de la primera etapa resulta de la necesidad de transportar componentes por ferrocarril. El tanque central de oxidante tiene el ancho máximo para el gálibo de carga de la vía. Los seis tanques que lo rodean transportan combustible y sirven como puntos de sujeción para los motores. A pesar de parecerse a los propulsores de correa , no están diseñados para separarse del tanque central de oxidante. La primera y la segunda etapa están conectadas por una estructura de celosía. El motor de la segunda etapa se enciende poco antes de la separación de la primera etapa y la celosía permite que escape el escape. [13] Esto se llama "etapa en caliente" y elimina la necesidad de motores de vacío en la segunda etapa.
Un programa de desarrollo apresurado condujo a docenas de fracasos entre 1965 y 1972. Proton no completó sus pruebas estatales hasta 1977, momento en el que se consideró que tenía una fiabilidad superior al 90%.
El diseño de Proton se mantuvo en secreto hasta 1986, y solo se mostraron al público las etapas superiores en clips de películas y fotografías, y la primera vez que se mostró el vehículo completo al mundo exterior ocurrió durante el lanzamiento televisado de Mir .
La producción en serie del sistema de guía, navegación y control del Protón comenzó en 1964 en la Asociación Industrial "Kommunard" ( Járkov, Ucrania ). [14]
Proton lanzó los vuelos circunlunares soviéticos no tripulados y estaba destinado a haber lanzado los primeros vuelos espaciales circunlunares soviéticos tripulados , antes de que Estados Unidos volara la misión Apollo 8. Proton lanzó las estaciones espaciales Salyut , el segmento central Mir y los módulos de expansión, y los módulos Zarya y Zvezda de la ISS .
Proton también lanza satélites comerciales , la mayoría de ellos gestionados por International Launch Services . El primer lanzamiento de ILS Proton tuvo lugar el 9 de abril de 1996 con el lanzamiento del satélite de comunicaciones SES Astra 1F . [15]
Entre 1994 y mediados de 2010, los ingresos de Proton fueron de 4.300 millones de dólares y se proyectaba que aumentarían a 6.000 millones de dólares en 2011. [16]
En enero de 2017, el Proton fue puesto a tierra temporalmente debido a que el fabricante, Planta Mecánica de Voronezh , había sustituido una aleación resistente al calor en los motores con un metal más barato. [17] [18]
En junio de 2018, la corporación estatal Roscosmos anunció que el cohete Protón dejaría de fabricarse a medida que el nuevo vehículo de lanzamiento Angara entrara en funcionamiento. No es probable que se firmen nuevos contratos de servicios de lanzamiento para Protón. [11]
Proton realizó su última misión comercial programada el 9 de octubre de 2019, entregando Eutelsat 5 West B y el Vehículo de Extensión de Misión -1 a la órbita geoestacionaria. [19] Varias misiones de Roscosmos y otros gobiernos rusos permanecen en el manifiesto de lanzamiento de Proton.
El protón K se alimenta de dimetilhidrazina asimétrica muy tóxica y tetróxido de nitrógeno . [20] Estos son combustibles hipergólicos que se encienden al contacto, evitando la necesidad de un sistema de ignición, y pueden almacenarse a temperatura ambiente. Esto evita la necesidad de componentes que toleren bajas temperaturas y permite que el cohete permanezca en la plataforma indefinidamente (otros lanzadores con tal capacidad incluyen el Titan II GLV , Titan III y Titan IV estadounidenses, los Long March 2 y Long March 4 chinos , los lanzadores soviéticos/ucranianos Tsyklon , los lanzadores soviéticos/rusos Kosmos-3 y Kosmos-3M y los lanzadores europeos Ariane 1 a Ariane 4 ). Por el contrario, los combustibles criogénicos necesitan una reposición periódica a medida que hierven.
La cuarta etapa tiene múltiples variantes, dependiendo de la misión. La más simple, Blok D , se utilizó para misiones interplanetarias. El Blok D no tenía módulo de guía, dependiendo de la sonda para controlar el vuelo. Tres versiones diferentes del Blok DM (DM, DM2 y DM-2M) estaban destinadas a órbitas terrestres altas. Los Blok D/DM eran inusuales porque el combustible se almacenaba en un tanque toroidal, alrededor del motor y detrás del tanque oxidante.
Las pruebas iniciales del Protón en 1965-66 solo utilizaron las dos primeras etapas del cohete; el vehículo completo de cuatro etapas voló por primera vez en 1967. Cuando comenzó el programa de la estación espacial soviética en 1971, los Protones comenzaron a volar con el Blok D removido para usarlo como un lanzador LEO de carga pesada.
Las cargas útiles del Protón-K incluían todas las estaciones espaciales Salyut de la Unión Soviética , casi todos los módulos Mir (con la excepción del módulo de acoplamiento , que fue lanzado en el transbordador espacial estadounidense ) y los módulos Zarya y Zvezda de la Estación Espacial Internacional . Estaba previsto que lanzara la nave espacial tripulada TKS , antes de la cancelación de ese programa, aunque se llevaron a cabo algunos vuelos robóticos de naves espaciales. Además, estaba previsto que lanzara el avión espacial LKS de la década de 1970 que nunca se realizó. [21]
El lanzamiento final de Proton-K tuvo lugar el 30 de marzo de 2012.
La versión inicial del Protón M podría lanzar de 3 a 3,2 toneladas (de 6.600 a 7.100 libras) a una órbita geoestacionaria o de 5,5 toneladas (12.000 libras) a una órbita de transferencia geoestacionaria . Podría colocar hasta 22 toneladas (49.000 libras) en una órbita terrestre baja con una inclinación de 51,6 grados, la órbita de la Estación Espacial Internacional (ISS).
Las mejoras del Proton M incluyeron modificaciones en la etapa inferior para reducir la masa estructural, aumentar el empuje y utilizar completamente los propulsores. Generalmente se utiliza una etapa superior con propulsor almacenable Briz-M ( en ruso : Бриз , que significa Brisa ) en lugar de la etapa Blok D o Blok DM , eliminando la necesidad de múltiples suministros de combustible y recarga de oxígeno debido a la ebullición; el Proton-M también voló con una etapa superior Blok-DM. También se hicieron esfuerzos para reducir la dependencia de proveedores de componentes extranjeros (generalmente ucranianos). Con la etapa superior Briz-M, el diámetro del carenado de carga útil es de 4,1 m (13,45 pies). [22]
Los vehículos de lanzamiento Proton y las etapas superiores Briz-M están diseñados y construidos por el Centro Estatal de Investigación y Producción Espacial Khrunichev (Khrunichev) en Moscú, el propietario mayoritario de International Launch Services (ILS). El centro alberga todas las funciones de ingeniería, ensamblaje y prueba de la producción de Proton. Con la reciente consolidación de las empresas espaciales rusas, Khrunichev tiene la supervisión y el control directos de hasta el 70% de toda la fabricación de Proton, desde los proveedores hasta los fabricantes. La consolidación apoya directamente los esfuerzos en curso de Khrunichev para la integración vertical de la producción de Proton. [23]
Una variante mejorada, el vehículo de lanzamiento Proton-M/Briz-M de fase III, se probó en vuelo en la misión dual de la Federación Rusa Express AM-44 y Express MD-1 en febrero de 2009 y realizó su primer lanzamiento comercial en marzo de 2010 con el satélite Echostar XIV. La configuración Proton-M/Briz-M de fase III proporciona 6150 kg de rendimiento GTO, un aumento de 1150 kg sobre el Proton-M Briz-M original, al tiempo que mantiene la configuración de diseño fundamental.
El 6 de agosto de 2012, la Agencia Espacial Federal Rusa perdió un satélite de comunicaciones ruso y uno indonesio en un intento de lanzarlos a órbita en un Proton-M debido a dificultades técnicas con la última etapa. [24]
El 2 de julio de 2013, un cohete Proton-M que lanzaba tres satélites de navegación GLONASS sufrió un fallo que recordó los desastres de la década de 1960 poco después del despegue, cuando el cohete se estrelló cerca de LC-39 en Baikonour, poniendo fin a una racha de 30 años ininterrumpidos sin un fallo en la primera etapa; todos los vuelos futuros del Proton se suspendieron a la espera de una investigación. [25] Finalmente, se determinó que el accidente fue causado por el paquete del giroscopio de velocidad que se había instalado al revés. Debido a la dificultad de instalar el paquete de forma incorrecta, se sospechó ampliamente que lo había hecho deliberadamente un trabajador descontento o borracho en la planta de Khrunichev. [ cita requerida ]
El 15 de mayo de 2014, un Proton-M/Briz-M que transportaba un satélite Ekspress sufrió una falla en la tercera etapa debido a un cojinete defectuoso de la turbobomba. Cayeron restos en Manchuria. El 21 de octubre, otro satélite Ekspress quedó en una órbita inservible cuando la etapa Briz se apagó 24 segundos antes de lo previsto.
El 16 de mayo de 2015, un satélite de comunicaciones MEXSAT no logró entrar en órbita debido a otro mal funcionamiento en la tercera etapa, la octava falla del Proton desde 2010.
Khrunichev ha iniciado el desarrollo de un conjunto de mejoras de la fase IV para mantener el ritmo de las demandas del mercado y las tendencias de crecimiento masivo de los satélites comerciales. La implementación de las mejoras de la fase IV del Proton Briz-M se completó en 2016. El rendimiento de la masa de la carga útil para la fase IV se ha incrementado a 6320 kg en una órbita GTO de referencia con 1500 m/s de delta V residual a GSO. [26]
Las mejoras significativas se suspendieron temporalmente tras el anuncio (en 1992) del nuevo vehículo de lanzamiento Angara . La mejora más importante [ ¿cuándo? ] fue la etapa KVRB. Esta etapa criogénica habría aumentado enormemente la capacidad. El motor [ ¿cuál? ] se desarrolló con éxito, [ ¿cuándo? ] y la etapa en su conjunto había progresado hasta el hardware. Sin embargo, como el KVRB es notablemente más grande que el Bloque D, la aerodinámica del vehículo, el control de vuelo, el software y posiblemente la electrónica tendrían que ser reevaluados. Además, la plataforma de lanzamiento puede suministrar a los Protones existentes combustibles hipergólicos comunes de una sola fuente. Las etapas superiores, en particular, se alimentan mediante tuberías de carga comunes que corren a lo largo del cohete. Cambiar a una etapa con combustibles diferentes requiere la adición de artículos de soporte adicionales; cambiar a criógenos requiere que dichos artículos de soporte recarguen la etapa periódicamente. [ cita requerida ]
Las variantes pesadas del Angara serán más sencillas y baratas que el Protón (y, al igual que el cohete Atlas V , no utilizarán combustibles hipergólicos; en su lugar, se tratará de un cohete kerolox , como el cohete Soyuz ). También estarán diseñadas desde el principio para aceptar una etapa KVTK , y ya tendrán un suministro de oxígeno líquido en la plataforma; solo se requerirá un suministro de hidrógeno. [ cita requerida ]
... En los últimos años se han producido fallas. Estos problemas, combinados con el rápido aumento de alternativas de bajo costo como el cohete Falcon 9 de SpaceX, han provocado que el número de lanzamientos de Proton en un año determinado disminuya de ocho o más a solo uno o dos.
